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8/17/2019 Análisis de Talud en Estado Limito de Equilibrio
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Alumno: Martinez Torres Diego Alonzo
Materia: Taller de Geotecnia Grupo: ACV0
Profesor: García Torres William
Entrega: 02/05/16
Análisis de estado límite de equilibrio y
estabilización.
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INDICE
Introducción…………………………………………………………………… 2
Objetivo………………………………………………………………………… 2 Localización. ………………………………………………………………….. 2
Características………………………………………………………………… 3
Método por el que se analizara el Talud………………………………….. 5
Modelación del Talud ………………………………………………………. 5
Conclusión……………………………………………………………………...11
Estabilización………………………………………………………………… ..12
Introducción…………………………………………………………………… .12
Objetivo………………………………………………………………………….13
Características del terreno………………………………………………… ..13
Método por el que se analizara el Talud…………………………………13
Condiciones de carga……………………………………………………… ..14
Desarrollo y Modelación en Programa…………………………………....14
Conclusión…………………………………………………………………… ..19
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Introducción
Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas
respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras.
Los taludes son las obras. Normalmente de tierra, que se construyen a ambos lados de la
vía (tanto en excavaciones como en terraplén) con una inclinación tal que garanticen laestabilidad de la obra.
Los taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, además de la vía, una franja
de terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de
ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes
motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados.
Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina
ladera natural o simplemente ladre. Cuando los taludes son hechos por el hombre se
denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte
se realiza una excavación en una formación terrea natural, en tanto que los taludes
artificiales son los inclinados de los terraplenes. También se producen taludes en losbordes de una excavación que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales
se suele denominar taludes de la excavación.
Objetivo
1.-Determinar el ángulo de fricción interno mediante iteraciones para encontrar el estado
límite de equilibro en el talud con un F.S= 1
2.-Calcular y proponer las anclas necesarias para llevar el Talud a un F.S= 1.5 o 2.
Localización
El talud analizar se encuentra ubicado en Arriga- Tres Cruces en el estado de Chiapas enel km 30+640.
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Características
El talud está conformado por un solo estrato conformado Arena Limosa (SM) con un peso
volumétrico de 17 KN/m3, una cohesión de 74 KN , una altura de 93 metros en total del
talud y el ángulo de fricción debemos determinarlo para saber cuándo será el estado
límite de equilibro del talud haciendo iteraciones para conocer el ángulo de fricción la
iteración para el ángulo de fricción interna estará entre 25° y 35°.
Se debe de considerar la zona en la que estamos ubicados para determinar el coeficiente
sísmico a lo cual no ayudaremos con las normas de CFE utilizando el mapa de
Regionalización Sísmica de la Republica Mexica.
Estrato Peso volumétricoKN/m3
Angulo de fricción(°)
Cohesión KN/m2
SM 17 KN/m3 A determinar con elprograma
74 KN/m2
Regionalización Sísmica de la República Mexicana.
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Tabla 1. Espectros Sísmicos de Diseño para estructuras comunes.
ZONA
SÍSMICA
TIPO DE
SUELO
aO C Ta
(seg)
Tb
(seg)
R
A
I
II
III
0.02
0.04
0.05
0.08
0.16
0.20
0.2
0.3
0.6
0.6
1.5
2.9
½
2/3
1
B
I
II
III
0.04
0.08
0.10
0.14
0.30
0.36
0.2
0.3
0.6
0.6
1.5
2.9
½
2/3
1
C
I
II
III
0.09
0.13
0.16
0.36
0.50
0.64
0.0
0.0
0.0
0.6
1.4
1.9
½
2/3
1
D
I
II
III
0.13
0.17
0.21
0.50
0.68
0.86
0.0
0.0
0.0
0.6
1.2
1.7
½
2/3
1
E
(Zona Metropolitana
Ciudad de México)
I
II
III
0.04
0.08
0.10
0.16
0.32
0.40
0.2
0.3
0.6
0.6
1.5
3.9
½
2/3
1
Donde el tipo de suelo se define como sigue:
I Terreno firme
II Terreno intermedioIII Terreno blando
ao Valor de a que corresponde a T = 0
C Coeficiente sísmico.
Ta, Tb Periodos característicos de los espectros de diseño (en segundos).
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Observando un mapa de la republica puedo observar que Arriaga- Tres Cruces está
dividido entre 2 zonas sísmicas observando en un mapa de la república mexicana está
más orientado hacia la zona sísmica D y el tipo de terreno en el que se encuentra que esel I tiene un coeficiente sísmico de 0.50 pero para este tipo de obras civiles el coeficiente
sísmico se reduce un 50% a lo cual el Coeficiente sísmico nos quedara con 0.25.
Para encontrar el F.S=1 no consideraremos diferentes condiciones como el agua, carga y
sismo estas consideraciones las tendremos para cuando queramos subir el F.S > 1 esas
consideraciones se harán más adelante cuando estemos resolviendo el ejercicio.
Método por el que se analizara el Talud
Para el analices de los taludes hay diferentes tipos de métodos, pero con base a la
experiencia obtenida con el tiempo los métodos con los cuales se obtienen las mejorescondiciones de análisis son el método de Spencer y Morgenstern-Price estos dos
métodos satisfacen las condiciones de equilibrio y momentos que son las que buscamos
para que un Talud no llegue a presentar fallas en un futuro.
Tendremos que checar en cada iteración para que el F.S nos de igual a 1 o un poco cerca
a esa cantidad para determinar el estado límite de equilibrio
Modelación del talud en el programa
Para poder modelar el talud en el programa nos ayudaremos mediante las secciones de
talud ya hechas en el AutoCAD haciendo una exportación del archivo para poder
modelarlo en el programa de slide y poder encontrar el ángulo de fricción necesario para
llegar al estado límite de equilibrio.
No consideraremos agua, sismo y sobre carga solo se hará un análisis de peso propio del
talud y en este ejercicio no nos ayudaremos con el auto grid porque vamos hacer una
continuación del ejercicio para cálculo de anclas a lo cual cuando elaboremos el ejercicio
no tendrá que tener el auto grid por que genera ciertos puntos que al hacer un Back
Analysis buscara diferentes puntos y nosotros necesitamos un punto fijo a lo cual solo
encontrando el F.S sin auto grid.
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Análisis del Talud
Método de Spencer
Aquí podemos observar que proponiendo un ángulo de fricción interna de 26° casi
llegamos al F.S= 1 pero tendremos que iterar para llegar al F.S deseado.
Método de Morgenstern-Price
Para este método utilizamos el mismo ángulo de fricción interna se observa un factor
similar al de Spencer pero a un no llegamos al F.S=1 a lo cual iteraremos con otro ángulo.
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Método de Spencer
Proponiendo un ángulo de fricción de 25.6° se puede observar que el factor de seguridad
disminuyo a lo cual me doy cuenta que el ángulo lo tendré que disminuir para poder llegar
al F.S=1
Método de Morgenstern-Price
Se puede observar que igual disminuyo el F.S a lo cual tendré que seguir disminuyendo elángulo de fricción para llegar al F.S que estoy buscando.
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Método de Spencer
Bajando el ángulo de fricción a 24.5° podemos observar que el F.S no aparece a lo cualsupongo yo que baje mucho el ángulo de fricción por eso no me arroga un F.S.
Método de Morgenstern-Price
Usando el ángulo de fricción igual al anterior podemos observar que el factor de seguridad
ya es menor a 1 a lo cual puedo suponer que en Spencer el ángulo de fricción igual es
menor por eso no me arrogo un valor.
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Método de Spencer
Subiendo el ángulo de fricción a 25.3 puedo observar que casi llego al F.S=1 a lo cual
tendré que bajar un poco más el ángulo.
Método de Morgenstern-Price
El ángulo de fricción igual que el anterior nos arroga un factor un poco mayor a lo cual lo
bajare de igual forma.
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Método de Spencer
Bajando el ángulo de fricción exactamente a 25° podemos observar que llegamos alestado límite de equilibrio lo compare con el siguiente método para ver si da el mismo
valor.
Método de Morgenstern-Price
Podemos observar que con el mismo ángulo de fricción es muy poco mayor a 1 a lo cualel método con el que se puede confiar será el de Spencer.
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Conclusión:
La utilización del programa nos ayuda mucho para poder determinar cuándo un Talud fallo
y no sabíamos en que ángulo de reposo se encontraba mediante las condiciones en las
que se encontraba teniendo solo la cohesión y el peso volumétrico obtenidos por pruebas
de laboratorio únicamente nos otros ingresando valores al sistema para el ángulo
podemos determinar mediante iteraciones el valor en el cual el talud se encontraba eneste problema pudimos observar que mientras más ángulo de fricción tenia no fallaría
pero bajando el ángulo de fricción del talud se observó que perdía el factor de seguridad a
lo cual en este caso llegando a 25° se pudo observar que llegamos al factor de seguridad
de 1.
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Estabilización
El problema anterior una vez llegado a su estado límite de equilibrio que es igual a F.S=1
necesita ser estabilizado para que no llegue a presentar problemas futuros a lo cual por
las condiciones del talud y sus propiedades el cliente nos ha solicitado una estabilización
por medio de anclaje para poder hacer el anclaje explicaremos un poco sobre las anclas y
su función.
Introducción
En las obras de ingeniería civil, es común la ejecución de cortes y excavaciones; ambos
tipos de trabajo requieren la remoción de cierta cantidad de suelo y la consecuente
pérdida de confinamiento en la periferia. El ingeniero, inicialmente, verifica si la estructura
puede ser estable sin ayuda externa, o si es necesario, emplear un muro de contención o
formar un talud. Esto último solo puede lograrse si el espacio disponible lo permite.
Cuando no es así, el corte se efectúa dejando paredes verticales. En esta condición, el
suelo puede sufrir fuertes desplazamientos horizontales e inclusive llegar a la falla. Hasta
principios del siglo pasado, el método más empleado para restringir el movimiento del
suelo en las excavaciones (túneles, trincheras, etc.) era mediante el uso de puntales de
madera o metálicos, que se iban agregando conforme avanzaba la excavación. Esta
forma de proceder, tiene la desventaja de reducir el espacio de trabajo en el interior,
limitando las maniobras de construcción. Además, el cambio constante en la distribución
de la presión en las paredes soportadas, conducía a que algunos puntales se
descargaran y cayeran (esto se solucionó presforzandolos y sujetándolos). La aparición
de las anclas para roca, primero, y para suelo, poco después, representó un importante
avance tecnológico para todos los trabajos relacionados con la estabilización de una
masa de roca o suelo. Las anclas, al estar totalmente embebidas en el suelo no interfieren
con las maniobras de construcción en el interior de las excavaciones.
Los componentes de las anclas son los siguientes:
La forma de anclaje más avanzada desde el punto de vista técnico (tanto en suelo como
en roca), es aquella en la cual el tendón queda sujeto con algún cementante (concreto,
mortero o resina) en un estrato firme o resistente, dejando una longitud libre de contacto
entre el suelo y el refuerzo.
Cabeza: Es el elemento que conecta el ancla con la estructura a soportar. Dicha
estructura puede ser un muro, tablestaca o capa de concreto lanzado reforzada con malla.
Debido a que la fuerza de tensión en el tendón se transmite a la estructura a través de la
cabeza, es común colocar una placa debajo de ésta para disminuir la concentración de
esfuerzos.
Tendón: Elemento estructural principal, constituido por cables de acero de alta resistenciao barras de refuerzo de grado estructural. Se deben proteger contra la corrosión, sobre
todo si el anclaje es de tipo permanente.
Bulbo de anclaje: Es el ancla propiamente dicha y se encarga de transmitir los esfuerzos
a la masa del suelo. La capacidad de un ancla, está en función de la fricción bulbo-suelo,
adherencia y la presión de inyección que actúan en la superficie del bulbo.
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El tipo de ancla que se utilizara será:
Anclas de tensión.- Son aquellas que ayudan a incrementar el esfuerzo normal en lasuperficie de deslizamiento potencial y por lo tanto la resistencia al corte. También se lesdenomina de tipo activo, ya que proporcionan una fuerza externa desde el inicio. Estasanclas se usan predominantemente en rocas y solo se fijan en su extremo inferior.
Objetivo
Dar estabilidad al Talud de Roca consiguiendo un F.S> 1.5.
Características del terreno.
El terreno en el cual trabajaremos ya está mencionado en la parte superior del trabajo
agregando el ángulo de fricción interna que se encontró mediante la ayuda del programa.
Método por el que se analizara el TaludPara el analices de los taludes hay diferentes tipos de métodos, pero con base a laexperiencia obtenida con el tiempo el método con el cual se obtiene la mejor condicionesde análisis es el método de bishop este método satisface las condiciones de equilibrio ymomentos que son las que buscamos para que un Talud no llegue a presentar fallas enun futuro.Para poder resolver el problema sin que nos tome varias horas nos apoyaremos con unsoftware el cual analiza el talud de una forma mucho más rápida pero para poder manejareste tipo de programas hay que tener conocimiento de los valores que se van ingresarpara que nos pueda resolver el problema el programa con el cual nos ayudaremos para eltrabajo es slide este programa ya nos facilitara el cálculo a mano ya dándonos losparámetros que nosotros necesitamos para determinar un buen factor de seguridad.
Estrato Pesovolumétrico
KN/m3
Angulo defricción (°)
CohesiónKN/m2
Coeficientesísmico
Alturadeltalud
SM 13 KN/m3 25.0° 51 KN/m2 0.25 99 m
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Condiciones o combinaciones de carga:
1- W natural del terreno para la condición se tomara en cuenta solo el peso propio del terreno sincondiciones adicionales de carga.
2- En este caso se usara los factores de espectro sísmico y se pondrá un nivel freático.
DESARROLLO Y MODELACION EN PROGRAMA
Para resolver el problema utilizáremos el Software de Slide con el cual con los datos que
se obtuvieron anteriormente para poder determinar el F.S> 1.5.
Después de que con anterioridad conseguimos un F.S=1 tenemos que llevarlos a un
factor de seguridad mayor a 1.5 con la ayuda de anclas las cuales se tendrán que diseñar
con la ayuda de una tabla que se mostrara más adelante con los cálculos hechos para
determinar ciertos datos, antes de hacer el Back Bnálysis tenemos que poner en el
programa aparte del peso propio del talud la presencia de un Nivel Freático y agregarle la
condición del sismo el cual con la ayuda del manual de CFE determinamos que llega un
C= 0.50 pero para las condiciones de Taludes solo le pegara el sismo un 50% a lo cual
bajara el C= 0.25 el sismo se lo agregaremos en ambas direcciones poder determinar con
el Back Analysis la Fuerza Activa que se va presentar en el la parte del talud se analizara.
Cuando ingresemos al Back Analysis nos pedirá el F.S al cual deseamos llegar ahí
pondremos que deseamos llegar al 1.5 pero ahí una consideración importante en el
programa que nos pide que es la altura del talud en esa parte debemos considerar la
altura de 2/3 nuestra altura total es de 99 m a lo cual en esa parte pondremos una altura
de 66 m.
Necesitamos dar estos valores para que el Back Analysis nos de la fuerza activa que se
presenta en la parte del talud a continuación se muestra la fuerza activa que nos arroga el
programa.
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La fuerza que se presenta es de 13836.3 KN a lo cual esto lo tenemos que pasar a
Toneladas para llenar una hoja de cálculo de Excel la cual nos ayudara a determinar la
cantidad necesaria de anclas que va requerir el talud para poder ser estabilizado y cumplir
un F.S>1.5 para poder pasar los 13836.3 KN necesitamos dividirlo entre 9.81 a lo cual
haciendo la operación nos da 1410 Toneladas este valor lo utilizaremos para alimentar
una hoja de cálculo la cual nos ayudara para determinar la cantidad de anclas necesarias
para la estabilización del talud.
A continuación se muestra la tabla con la que nos ayudaremos hacer el cálculo de las
anclas necesarias para el Talud.
Para su cálculo necesitamos:
La carga actuante la cual es de 1410 Ton lo que nos salió en la conversión.
El factor de reducción de resistencia que es de 0.6 y un factor de seguridad el cual
depende del cliente.
El ángulo de fricción el cual encontramos haciendo iteraciones cuando quisimos encontrar
el ángulo de fricción interna para llegar al F.S=1.
La resistencia del concreto de la lechada la cual dependerá de las condiciones que se
quieran dar en la obra.
Una presión de inyección la cual se muestra con ejemplo del profesor.
El cortante que toma ese concreto
El tipo de torón a utilizar es del número 15 el cual tiene ya mostrado su diámetro y
resistencia.
A continuación se muestra la tabla con la cual nos da la cantidad de anclas y la longitud
del bulbo necesario para cada ancla los bulbos deben adherirse bien a las paredes del
material y la ancla debe adherirse bien al bulbo para que esta no se salga.
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Aquí se muestran la cantidad anclas necesarias pero estas varían en cantidad
dependiendo de la cantidad de cables los cables son importante en las anclas ya que son
los que dan la mayor resistencia en el anclaje.
En este tipo de anclaje está constituido por cables o también llamados torones estos se
les emplea un potenzado lo que da mayor resistencia ya que están trabajando a una
tensión que se les hizo trabajar a lo cual a resisten esa fuerza que están actuando ahí
deferentes tipos de anclas con diferente cantidad de cables en nuestro ejemplo
utilizaremos una cantidad de 10 cables como se muestran en la siguiente imagen.
Después de tener la cantidad de cables podemos observar que necesitamos 18 anclas
para poder estabilizar el talud, se hace un modelado en el programa slide con la cantidad
de anclas y su separación que se calculó con la tabla de igual forma ahí que utilizar las
tenciones de los cables más adelanta se explicara.
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Modelación con anclas en el programa.
En la imagen observamos la colocación de las 18 anclas las cuales tienen que tener unos
valores los cuales sacaremos con ayuda de la tabla a continuación mostramos los valores
que se necesitan para darle propiedades a las anclas hay que recordar que el bulbo debe
ir atrás de la falla.
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